JP2011511965A - 電気泳動光変調器 - Google Patents

Abstract

電気泳動光変調器は、第1光学特性を有する複数の帯電した粒子を有する。当該電気泳動光変調器は、前記第1光学特性とは異なる第2光学特性を有する少なくとも1つの反射面をも有する。当該電気泳動光変調器は、電場を生成する一対の電極をさらに有する。前記電場によって、前記複数の帯電した粒子は、該電場の偏光に基づいて前記反射面を暴露又は被覆する。

Description

本発明は概して光変調器に関する。より詳細には本発明は電気泳動光変調器に関する。

光放射の強度を変調する電子的手段を供することは一般的に有用である。そのような変調器の用途にはたとえば、空間光変調器、光ディスプレイ、及び他の同様な用途が含まれる。光変調器の例には、液晶技術、エレクトロクロミック技術、電気化学技術、Bragg反射技術、及び他の技術が含まれる。液晶変調器は、入射光の偏光面の回転に依拠して光を変調する。エレクトロクロミック変調器はイオンを材料へ注入することで、その材料は光を透過する状態から光を吸収する状態へ変化する。後部反射体（たとえば金属ミラー）がこの材料の背後に設けられることで、光は、その反射体によって反射されるか、又はエレクトロクロミック層によって吸収されることが可能となる。そのミラーには穴が設けられていることで、イオンはそのミラーを通過することができる。用途に依存して、前記イオンの移動には多量のエネルギーが必要になると考えられ、かつ変化速度は比較的遅い（約1Hz）。

電気泳動変調器は別な種類の光変調器である。典型的な電気泳動変調器は、2種類の異なる色の2種類の異なる帯電状態の粒子を利用する。電場がその粒子に印加されることで、その粒子のうち一の色のものは表示面へ向かうように移動し、かつ他の色の粒子はその表示面から遠ざかるように移動する。前記電場を変化させることによって、前記表示面の色は二色の間で変化することができる。

本発明は電気泳動光変調器に関する。

本開示の特別な実施例によると、電気泳動光変調器は、第1光学特性を有する複数の帯電した粒子を有する。当該電気泳動光変調器は、前記第1光学特性とは異なる第2光学特性を有する少なくとも1つの反射面をも有する。当該電気泳動光変調器は、電場を生成する一対の電極をさらに有する。前記電場によって、前記複数の帯電した粒子は、該電場の偏光に基づいて前記反射面を暴露又は被覆する。

本開示の特別な実施例の技術的利点には、広範な光周波数にわたって光を変調することが可能なことが含まれる。本発明の特別な実施例の別な技術的利点には、相対的に高いコントラストでの光の変調が可能であることが含まれる。従って光は、制御可能な強度での反射が可能である。

本開示の特別な実施例の他の技術的利点は、以降の図、発明の詳細な説明、及び特許請求の範囲から、当業者にはすぐに明らかとなる。しかも具体的利点は既に挙げたが、様々な実施例はこの既に挙げた具体的利点を全部含んでも良いし、一部だけ含んでも良いし、又は全く含まなくても良い。

本開示の特別な実施例による穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の斜視図である。 本開示の特別な実施例による穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記穴の開いたシートの下で粒子が移動している。 本開示の特別な実施例による穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記穴の開いたシートの上で粒子が移動している。 本開示の特別な実施例による柱のアレイを有する電気泳動光変調器の上面図である。前記柱の間に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例による柱のアレイを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記柱の間に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例による柱のアレイを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記柱の上に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例による柱とカプセルのアレイを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記柱の間に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例による柱とカプセルのアレイを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記柱の上に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例によるグリッド電極を有する電気泳動光変調器の斜視図である。 本開示の特別な実施例によるグリッド電極を有する電気泳動光変調器の側面図である。前記グリッド電極の周囲に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例によるグリッド電極を有する電気泳動光変調器の側面図である。前記グリッド電極の上に粒子が集まっている。 本開示の特別な実施例による2枚の穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記穴の開いたシートの下で粒子が移動している。 本開示の特別な実施例による2枚の穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記穴の開いたシートの上で粒子が移動している。 本開示の特別な実施例による光の変調方法を表すフローチャートである。

本開示の特別な実施例のより完全な理解は、添付図面と発明の詳細な説明から明らかとなる。

図1-4は様々な電気泳動光変調器の様々な図を表す。当該電気泳動光変調器は、荷電粒子を流体内部にて懸濁させることによって形成されて良い。前記粒子は、電場を生成するために設けられた電極の間で懸濁して良い。前記荷電粒子を電場に従わせることによって、前記粒子は、前記電極のうちの一若しくは他へ向かうように移動するか、又は前記電極のうちの一若しくは他から遠ざかるように移動することが可能である。これにより、前記粒子は、反射面を被覆又は暴露することができる。前記面及び粒子の材料は、該面及び粒子が入射光へ及ぼす効果を考慮して選ばれて良い。よって当該電気泳動光変調器が、赤と緑の間で変調させるように設計されている場合には、前記粒子及び面は、該粒子及び面赤色光及び緑色光を反射できるように選ばれて良い。より詳細には、第1状態では、前記変調器は、複数の緑色粒子を前記表示面へ向かうように移動させることで、前記変調器は緑色光を反射し、第2状態では、前記変調器によって、前記粒子が赤色反射面を暴露することで、前記変調器は赤色光を反射する。前記変調は、所望の色又はスペクトル範囲にかかわらず、ビデオレート（たとえば30Hz）を超えたレートで実現することができる。さらに特別な実施例では、色彩に富んだ光ディスプレイが作製されるように、画素は、独立した電極及び様々な色の反射材料のアレイとして生成されて良い。

図1A-1Cは、反射面用に穴の開いたシートを用いる特別な実施例の様々な図を表す。具体的には、図1Aは、特別な実施例による穴の開いたシート130を有する電気泳動光変調器100aの斜視図である。図示された実施例では、光変調器100aは上側面122と下側面124を有する。これらの面は2つの電極（図示されていない）の間の空間の境界をなす。前記空間は電気泳動流体110で満たされている。前記空間は穴の開いたシート130内に存在する。間に存在する穴の開いたシート130内に穴135が設けられることで、帯電した電気泳動粒子140は、穴の開いたシート130に通過し、かつ上側面122又は下側面124のいずれかの上に滞在するように近づくことが可能にする。粒子140の運動は、2つの電極によって供される電気バイアスによって制御されて良い。よって2つの電極のバイアスを変化させることによって、粒子140は、入射光152から、穴の開いたシート135を暴露又は遮断することが可能である。このことはつまり、反射光154の特性に影響を及ぼすことができる。

穴の開いたシート130に用いられる材料は、光変調器100aの全体的な性能に影響を及ぼすことが可能であり、かつ意図した用途及び/又は望ましい結果に大きく依存して変化して良い。たとえば実施例に依存して、穴の開いたシート130は、プラスチック上に堆積された（たとえば厚さ0.2〜3.0μmの）金属（たとえばアルミニウム）膜、高い光学屈折率を有する材料膜（たとえば流体110との屈折率が不連続であるため、高い反射率が要求される）、又は特定のスペクトル帯域で光を反射するように設計された多層複合材料（たとえば多層干渉フィルタ）を有して良い。反射率に加えて、一部の実施例では、穴の開いたシート130は有色の金属又は非金属膜を有して良い。前記有色の金属又は非金属膜は、当該変調器が、特定の色を有する表面を供することを可能にする。

粒子140に用いられる材料は、光変調器100aの全体的な性能に影響を及ぼすことが可能であり、かつ意図した用途及び/又は望ましい結果に大きく依存して変化して良い。材料は、粒子140の1つ以上の特性−たとえば粒子の電荷、粒子のサイズ、粒子の色、及び光152がどのように変調されるのかに影響を及ぼすことのできる他の特性−に影響を及ぼすことが可能である。

一部の実施例では、粒子140は、電気泳動粒子として機能するように帯電したドーピングされたシリコン粒子を有して良い。炭素は粒子140用の材料の別な選択肢となりうる。炭素は、容易に帯電することが可能で、かつ周知の電気泳動材料である。炭素は、非常に広いスペクトル帯域にわたって強い光吸収特性を有することができる。そのため電気泳動性炭素は、可視スペクトルから高周波までの範囲の波長にわたって利用することが可能である。ある特定の実施例では、炭素は、様々な色−たとえば黒、赤、緑、青など−のいずれかをとりうるポリマー材料でコーティングされて良い。有用な電気泳動材料向けの他の粒子には、金属球、メタライズされた誘電体、平坦な金属シート、基本的に光を吸収しない比較的高い誘電率を有する粒子などが含まれる。上述したように、特別な実施例では、粒子140は色を有して良い。よって有色の穴の開いたシート130と併用されるとき、光変調器100aは、2つの色状態間での切り替えが可能となる。2つの色状態とはつまり、粒子140の色状態と穴の開いたシート130の色状態である。

粒子140のサイズ（たとえば直径約0.03μm）及び形状に起因して、粒子140は、非鏡面的に入射光を散乱する傾向にあると考えられる。このため、鏡面状の反射を得ることは難しくなると考えられる。しかしこれらの同一である小さい粒子は、拡散散乱及び/又は光吸収を供するのに非常に適していると考えられる。よって光変調器100aを設計するときには、系内部で光エネルギーを鏡面的に反射させるよりも、その系から光エネルギーを除去するように粒子140を用いることが望ましいと考えられる。よって高反射性の穴の開いたシートが用いられるときには、光変調器100aは、比較的高コントラストを供することが可能となる。

穴135は、粒子140が穴の開いたシート130を通過できるようなサイズであり、かつ間隔が設けられて良い。特別な実施例では、穴135は、その穴135が穴の開いたシート130の光学品質に及ぼす影響を小さくするため、相対的に小さく、かつ広い間隔が設けられて良い。電気泳動に基づく光変調器の変調帯域は一般に個々の粒子サイズに反比例することが広範に理解されている。よって比較的小さな（たとえば0.02〜0.1μmの）粒子を利用することが望ましいと考えられる。これにより、比較的小さな（たとえば0.1〜100μmの）穴135が可能となる。一部の実施例では、穴135は粒子140のサイズの約10倍であって良い。

流体110は、電極間で粒子140を懸濁させる（少なくとも所望の光学スペクトル範囲内において）光学的に透明な流体を有して良い。流体110及び粒子140は、粒子140が印加した電場の影響下で自由に移動できるように選ばれて良い。特別な実施例では、流体110は、光変調器100aが、その変調挙動において双安定状態となることを補助して良い。換言すると、流体110は、電場が除去された後でさえも、粒子140が一の面又は他の面にとどまることを補助して良い。この結果、電力消費は比較的低レベルとなりうる。特別な実施例では、流体110は、比較的誘電率が低く、かつ比較的高い分子量を有する透明な材料−たとえばヘキサン又はデカン−で作られて良い。流体110の相対的に低い誘電特性は、粒子140を運動させるのに利用されるような電場の分布に寄与することができる。

図1Bは、本開示の特別な実施例による穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。図中、前記穴の開いたシートの下で粒子が移動している。光変調器100a上側電極126及び下側電極128を有する。これら2つの電極は電源160によってバイアス印加されて良い。上側電極126と下側電極128との間に生成される電場によって、粒子140は、上側電極126又は下側電極128のいずれかへ向かうように移動することができる。図示された実施例では、粒子140が正に帯電することによって、上側電極126と下側電極128との間の電場は、粒子140を、下側電極128へ向かうように導く。それによって反射面130aは光152に暴露される。

光152が反射面130aに到達することを可能にするためには、電極126は、少なくとも光変調の所望のスペクトルについて透明であることが必要であると考えられる。さらに、上側電極126は電気伝導性であることで、電源160から電荷を得ることができることも必要であると考えられる。特別な実施例では、電極126は、たとえば200Åのインジウム−スズ酸化物のような光学的に透明な電気伝導性材料で形成されて良い。インジウム−スズ酸化物は可視スペクトルにおける光に対して比較的透明である。別例として、一部の実施例では、電極126はチタン酸窒化物層で作られて良い。チタン酸窒化物は、広範な光学範囲−これには赤外スペクトル及び/又は紫外スペクトルが含まれる−にわたって相対的に透明であり得る。

下側電極128は、上側電極126に対して概ね平行となるように配置されて良い。よって下側電極128と上側電極126との間のギャップは相対的に一定のままであり得る。特別な実施例では、電極128は、反射層130aの表面に適合する表面を有して良い。よって反射層130aが反射材料を有する場合、電極128は反射材料を有して良い。特別な実施例では、電極128の表面又は組成は、反射光154に対しては重要とはなりえない。その理由は、いずれの状態（図1B又は図1C）においても、電極128は粒子140によって覆われるからである。

電源160は、バッテリー又は他の電源を有して良い。電源160は、平行平板電極126と128との間でバイアス電圧又は電位差を印加することができる。より詳細には、電源160は、電極126と128が様々な電荷レベルを得ることを可能にする。バイアス差は、上側電極126と下側電極128との間で電場を生成することができる。電場は、粒子140を、その粒子とは反対の電荷を有する電極へ向かわせることができる。より詳細には、印加電場が存在することで、流体110内で懸濁する粒子140は、大きさがq*Eの力を受けることになると考えられる。ここでqは粒子140の正味の電荷で、Eは、上側電極126と下側電極128との間での電場である。この力は、粒子を、電気化学ポテンシャルを最小にする方向（たとえば電極126又は128のいずれかへ向かう方向）へ動かすことができる。電気バイアスの極性を反転させることで電場の符号が反転し、その結果、（図1Cに図示されているように）粒子140は上側電極126へ向かって反対方向に移動することが可能となる。従って粒子140は、穴135を通過して、かつ上側電極126上に近接するように堆積されて良い。

穴の開いたシート130は2つの層を有する。その2つの層とは反射層130aと支持層130bである。反射層130aは、広いスペクトルの光を反射するように設計された薄い金属層であって良い。他の実施例は様々な材料又は色からなる反射層を有して良い。特別な実施例では、反射層130aは、上側電極126又は下側電極128のいずれにも電気的に接続しなくて良い。支持層130bは、反射層130aのための非電気伝導性支持層であって良い。支持層130bは、上側電極126と下側電極128との間での所望の分離間隔の維持に寄与して良い。特別な実施例では、穴の開いたシート130は、誘起された電荷の双極子を有して良いが、電極によって得られた電荷に起因する正味の電荷を得る必要はない。

粒子140が穴の開いたシート130の下で移動することで、粒子140は、反射層130aの表面を光152に暴露する。これにより、反射光154を生成する比較的安定した表面を供することが可能となる。従って、薄い金属層の外側に反射層130aを形成することによって、反射光154は、光152のスペクトル及び/又は強度に接近する広いスペクトルを有することができる。実際問題として、光152の一部は失われると考えられる。その理由は、粒子140が穴の開いたシート130の下に存在できず、かつ穴135は光の通過を許容するためである。

図1Cは、本開示の特別な実施例による穴の開いたシートを有する電気泳動光変調器の側面図である。前記穴の開いたシートの上で粒子が移動している。図1Cでは、電源160によって供されるバイアスが、図1Bで与えられたバイアスから反転した。電源160によって供給されるバイアスを反転させる際、上側電極126と下側電極128との間に発生した電場は、方向又は符号を変化させることができる。これにより、粒子140は、図1Bにおける下側電極128に沿って収集された前の状態から電極126へ向かうことが可能となる。

上側電極126の電荷が粒子140を引きつける場合がある一方で、個々の粒子140の同一電荷が互いに反発しあうこともまた考えられる。より具体的には、同じように帯電した対象物は互いに反発し合おうとするので、粒子140が同じように帯電するということは、係る粒子140が互いに反発力を作用させようとすることを意味する。従ってこれらの反発力は、粒子140を、それらの静電ポテンシャルエネルギーが最小となるように、上側電極126の表面全体にわたって分散させることを可能にする。このことは、広い間隔が設けられた穴135を通過した後、粒子140が集まろうとする傾向に対抗することを補助することができる。

粒子140が穴135を通過して上側電極126の下側面に沿って集まることで、粒子140は穴の開いたシート130を実効的にマスクすることができる。よって粒子140が光を吸収する場合、図1Cでは、粒子140は、変調器100a内において、暗いすなわち不十分な反射状態を生成するだろう。より具体的には、光吸収性粒子140を利用することによって、反射光154は比較的弱くなると考えられる。その理由は、粒子140の近接したアレイは、光152が反射層130aに到達するのを妨げるからである。よって光152は、近接した粒子によって強く吸収され、かつデバイス表面の反射は不十分となる。

この状態は、図1Bで生じた高反射性状態とは異なる。よって電源160によって印加される電気バイアスの極性は、デバイスの表示面が、不十分な反射性となるか高反射性となるのかに影響すると考えられる。これらの状態は、必要に応じて、電源160によって供される電気バイアスの変化の正しい時系列順序を用いることによって、時系列的に切り替えることが可能である。切り替えは100Hz程度の速度で行うことができる。このため、光変調器は、反射光154の平均強度を電子的に制御することが可能となる。

図1Bと図1Cは、高反射性状態と不十分な反射状態との間で変化することが可能な一方で、特別な実施例は、穴の開いたシートと粒子の組成に依存して、異なる色（たとえば赤い粒子と緑色の穴の開いたシート）の間で変化して良い。

図2A-図2Cは、反射面を支持する柱のアレイを用いる特別な実施例の様々な図を表している。具体的には、図2Aは、特別な実施例による柱132のアレイを有する電気泳動光変調器100bの上面図であり、かつ図2Bは、柱132のアレイを有する電気泳動光変調器100bの側面図である。これらの実施例では、粒子は柱132の間に集まる。図2A-図2Cに図示された光変調器100bは、穴の開いたシート130が柱132のアレイに置き換えられて良いことを除けば、図1A-図1Cに図示された光変調器100aと同様であると考えられる。粒子140が柱132の間で集まるので、反射面132aは光154に対して暴露された状態になることができる。穴の開いたシート130の反射面130aと共に、反射面132aの組成は、操作の必要性に応じて、広いスペクトル光、特定のスペクトル光、又は特定の色を反射するように選ばれて良い。換言すると、反射面132aは、反射面130aに対して上述した材料のいずれかを有して良い。一旦反射面132aが光152に暴露されると、反射光154は、反射面132aの組成又は材料に基づく特別な特性をとることが可能である。

反射面132aを支持するのに柱132bを用いることで、（たとえば反射シート130の製造と比較して）製造を容易にすることが可能となる。その理由は、電極126と電極128との間に反射材を設ける方が容易であるからである。特別な実施例では、上側電極126と反射面132aとの間にギャップを有していることが望ましい場合もありえる。とりわけ、このギャップは、粒子140が上側電極126の底面に沿って広がる余地を与えることができる。

図2A及び図2Bに図示された状態では、粒子140は柱132間のギャップ内にとどまった状態を維持する。柱132は、下側導体128上に滞在するか、又は接続して良い。上述したように、粒子140は、電源160によって供給される電気バイアスによって、そのギャップ内に引き込まれて良い。一旦粒子140がそのギャップに引き込まれると、反射面132aは、図2A及び図2Bから見て取れるように、暴露される。これにより、図2Bから見て取れるように、光を反射することが可能となる。

図2Cは、特別な実施例による柱132のアレイを有する電気泳動光変調器100bの側面図である。粒子140が柱132の上に集まっている。より詳細には、電源160によって供される電気バイアスが、図2A及び図2Bにおいて供されているバイアスから反転するとき、粒子140は、発生したクーロン力の下で、柱132の間のギャップを飛び出して上側電極126の下側面へ移動する。より多くの粒子140が上側電極126へ到達することで、粒子140は、粒子140が本来持っている反発力によって、上側電極126の下側面に沿って均等に分布することができる。後述するように、電場が印加されていないときには、流体110は定常状態で粒子140を支持することが可能である。

図3A及び図3Bは、特別な実施例による柱132とカプセル112のアレイを有する電気泳動光変調器100cの側面図である。図3Aでは、粒子140は柱132の間に集まっている。図3Bでは、粒子140は柱132の上に集まっている。電気泳動光変調器100cは、電気泳動流体110が複数のカプセル112内に含まれて良いことを除けば、電気泳動光変調器100bと同様であると考えて良い。カプセル112は、流体110及び粒子140を封止する光学的に透明な殻を有して良い。

特別な実施例では、カプセル112は、ある特定のカプセル112内の粒子140を、他のカプセル112内の粒子とは異なったものにすることができる。その差異はそれぞれの粒子の色であって良い。たとえば粒子140aは一の色であって、かつ粒子140bは前記一の色とは異なる色であって良い。

特別な実施例では、カプセル112の形状により、粒子140は、柱132間のギャップをより容易に移動することが可能となる。より具体的には、環状の形状は、粒子140を良好にギャップへ導くことが可能な一方で、柱132の平坦面が回避される。より具体的には、カプセル112は、各ギャップがほぼ等しい数の粒子140を受けいれることを保証することができる。カプセル112を利用することで、光変調器をより頑丈でかつ物理的に柔軟なものにすることが可能となる。

図4A-図4Cはグリッド電極を利用する特別な実施例の様々な図を表している。具体的には、図4Aは、特別な実施例によるグリッド電極134を有する電気泳動光変調器100dの斜視図である。図示された実施例では、光変調器100dは、上側の光学的に透明な層125、下側の光学的に透明な層127、電極グリッド134、電気泳動流体110、反射層128、及び上側電極126を有する。これまで述べてきた実施例同様に、電極グリッド134と上側電極126との間で発生した電場による力を受けながらマイグレーションを起こす多数の電気泳動粒子140が流体110の内部で懸濁して良い。よって入射光152は、光学的な反射層128の様々な領域から選択的に反射されて良い。より具体的には、図4B及び図4C（後述）から見て取れるように、光変調器100dは、粒子140が電極グリッド134の周辺に集まるような光反射率（図4B）、及び、粒子140が上側電極126の表面に沿うように移されるような光吸収性を供することが可能である。

図示された特別実施例においては、電極グリッド134は概してメッシュ状の構造を有しているが、他の実施例は、光学的に透明な層127の比較的わずかな部分を覆う任意の所望の形状を有しても良い。電極グリッド134は任意の適切な伝導性材料−たとえばアルミニウム又はインジウム−スズ酸化物−で作られて良い。特別な実施例では、電極グリッド134は、光リソグラフィ法を用いることによって光学的に透明な層127上に形成されて良い。ある特定の実施例では、電極グリッド134の細長い部分は、幅が約25〜50μmで、厚さが0.1〜3.0μmであって良い。隣接する細長い部分のピッチすなわち間隔は約200〜2000μmであって良い。

特別な実施例では、反射層128は比較的高い光屈折率を有して良い。それにより反射層128は、光学的に透明な層127の屈折率が不連続であるため、高い反射率を得る。一部の実施例では、反射層128は多層干渉フィルタを有して良い。その多層干渉フィルタは、特定のスペクトル帯域内の光を反射するように設計された材料の多層複合体で構成される。

特別な実施例では、光学的に透明な層125は、上側電極126を環境から隔離するのを補助して良い。光学的に透明な層125に用いられる材料は所望の光学範囲に従って選ばれて良い。たとえば光学的に透明な層125は、ポリエチレンテレフタレート(PET)（たとえば厚さ0.012mm〜4mmのPET層）又はポリエチレン（たとえば厚さ0.012mm〜3mmのポリエチレン層）で作られて良い。

図4Bは、特別な実施例によるグリッド電極134を有する電気泳動光変調器100dの側面図である。図4Bでは、粒子140がグリッド電極134の周囲に集まっている。図示された実施例では、光変調器100dは、上側の光学的に透明な層125、下側の光学的に透明な層127、電極グリッド134、電気泳動流体110、反射層128、上側電極126、及び電源160を有する。光変調器100dは電源160によってバイアス印加される。それにより粒子140は電極グリッド134へ向かうようにマイグレーションを起こす。電極グリッド134は、該電極グリッド134によって占められた比較的小さな領域の周辺に粒子140を凝集させることが可能である。そのため反射面128の大部分は光152に対して暴露される。これまで説明してきた実施例同様に、反射光154の品質及び特性は、反射面128の特性に実質的に基づくと考えられる。たとえば、光変調器100dが緑色の反射光を生成することが望ましい場合、反射面128は、緑色光を反射するように形成されて良い。

図4Cは、特別な実施例によるグリッド電極134を有する電気泳動光変調器100dの側面図である。図4Cでは、粒子140がグリッド電極134の上に集まっている。図示された実施例では、光変調器100dは、上側の光学的に透明な層125、下側の光学的に透明な層127、電極グリッド134、電気泳動流体110、反射層128、上側電極126、及び電源160を有する。光変調器100dは電源160によってバイアス印加される。それにより粒子140は上側電極126へ向かうようにマイグレーションを起こす。上側電極126へ向かう引力と粒子140間での小さな斥力によって、粒子140は、上側電極126の下側表面全体に沿って広がることが可能となる。基本的に粒子140が比較的均一な層を生成することによって、反射層128は実効的に光152から覆い隠されることが可能である。従ってこの状態では、反射光154の品質及び特性は、基本的に粒子140の特性に基づくと考えられる。

光変調器100dは、電源によって印加されるバイアスを変化させることによって、図4Bと図4Cに図示された2つの状態間で変化することができる。たとえば反射層128が高反射性で、かつ粒子140が光を吸収する場合には、光変調器100dは、光152を吸収する状態（図4C）と光152を反射する状態（図4B）との間で変化して良い。より具体的には、図4Cにおいて印加されたバイアスによって、光を吸収する粒子140は、上側電極126の下側表面に沿って広がることで、実効的に反射層128をマスクして、暗いすなわち反射が不十分な状態を生成することが可能である。逆に、電源160によって印加されるバイアスを反転させることによって、粒子140は電極グリッド134の周辺に集まることで、実効的に光を反射する反射層128を暴露することが可能となる（図4B参照）。よって光変調器100dは不十分な反射性であるか、又は高い反射性であるかのいずれかである。必要に応じて、最終的な反射光154の所望の強度に基づく電気バイアス変化の適切な時系列順序を用いることによって、電源160は、高い反射状態と低い反射状態との間で時間的に切り替わって良い。

ある特定の実施例では、反射層128の伝導特性は、上側電極126と電極グリッド134との間で生じる電場に影響を及ぼして良い。特別な実施例では、電源160は反射層128と接続して良い。これにより、反射層128は、光変調器100dを取り囲む漂有電場の静電効果を減少させるガードとして機能することが可能となる。そのガードでは、反射層128の電圧は電極グリッド134又は上側電極126と等しくなることで、（図4Bに図示されたようにバイアス印加されるときに）粒子140がグリッド電極134上のどこかに滞在しようとする傾向を緩和することができる。一部の実施例では、反射層128は反対の極性でバイアス印加されて良い。それにより図4Cに図示されたようにバイアス印加されるときには、粒子140は上側電極126へ向かうように反発力を受ける。

図5A-図5Bは、2枚の反射シートを利用する電気泳動光変調器の2つの異なる状態を図示している。具体的には、図5Aは、特別な実施例による2枚の穴の開いたシート136を有する電気泳動光変調器100eの側面図で、粒子140は穴の開いたシート136の上へ向かって移動している。図5Bでは、粒子140は穴の開いたシート136の下へ向かって移動している。光変調器100eは、光変調器100aには1枚の反射シートしか存在しないのとは対照的に2枚の反射シートを利用する点を除けば、光変調器100aと同様と考えられる。これまでに述べてきた実施例同様、上側電極126は光学的に透明で、かつ上側電極126も下側電極128も電気伝導性であって電荷を保持することができる。

先に述べてきた実施例同様、粒子140は、電源160によって印加されるバイアスに基づいて、上側電極126又は下側電極128のいずれかへ向かうように、引きつけられるか、又は斥けられて良い。しかし上述したように、光変調器100eでは、粒子140は2枚の実質的に平行な反射シート136を通り抜けることができる。反射シート136bの反射面部分の上方に位置するように、穴135が2枚の反射シート内に設けられて良い。よって、反射シート136aと反射シート136bのいずれも光を反射することができる。より具体的には、光152は反射シート136aによって反射されて良く、かつ穴135aを通り抜ける光は反射シート136bによって反射されて良い。

特別な実施例では、反射シート136のいずれも同様の光学特性を有して良い（たとえば、反射シート136のいずれも反射性であって良いし、又はいずれも青色であって良い等）。これにより、光変調器100aにおける粒子140又は穴135の平均サイズと比較して大きな穴135が可能となる。反射シート136bは大きな穴135aを可能にする一方で、依然として効率的な光変調器を供することが可能である。たとえば状況に応じて、穴135によって覆われるシート136の割合は50%程度の高さになっても良い。穴135の比率が相対的に高いことによって、2枚の反射シートを介した粒子140の輸送を促進することが可能となる。

一部の実施例では、上側電極126、両反射シート136、及び下側電極128はすべて互いに実質的に平行であって良い。一部の実施例では、スペーサが、各異なる層間の間隔を維持するのに用いられて良い。たとえば、上側電極126と反射シート136aとの間の間隔は5〜25μmであって良く、反射シート136aと反射シート136bとの間の間隔は5〜25μmであって良く、かつ反射シート136bと下側電極128との間の間隔は5〜25μmであって良い。各層の実際の間隔は同一である必要はない。

図6は、特別な実施例による光の変調方法を表すフローチャートである。当該方法は、既に図1〜図4で説明した実施例のいずれかで用いられて良い。当該方法は、光源からの光を受光する工程1210で開始される。前記光源はたとえば、太陽又は人工的手段−たとえばLED又は蛍光灯−を有して良い。

工程1220では、第1バイアスが一対の電極に印加される。一対の電極とはたとえば、図1Bに図示された電極126と電極128である。前記第1バイアスは複数の荷電粒子を引きつけることができる。前記バイアスの極性と前記粒子の極性に依存して、前記粒子は上側電極又は下側電極へ向かうように引きつけられることが可能である。当該方法の目的のため、工程1220では、印加される前記バイアスは、前記荷電粒子を上側電極へ引きつける。より多くの前記荷電粒子が前記上側電極へ引きつけられることで、粒子間でのクーロン反発力は、前記粒子が、前記上側電極の表面に沿って広がるようにし向けることが可能である。これは、工程1230で反射面を覆う効果を有する。

前記荷電粒子が前記上側電極の表面に沿って広がろうとするので、工程1210において受光される光は、前記荷電粒子に基づく特性によって、反射又は吸収されて良い。たとえば前記荷電粒子が光を吸収する材料を有する場合には、工程1210において受光される光は、前記荷電粒子によって吸収されて良い。別な例として、前記荷電粒子が特定の色−たとえば青色−を有する場合には、工程1210において受光される光は、青色光として反射されて良い。

工程1240では、第2バイアスが印加される。前記第2バイアスは、工程1220において印加された前記第1バイアスとは反対の極性を有して良い。これは、前記一対の電極のうちの第2電極へ向かうように、前記複数の荷電粒子を引きつける効果を有する。前記荷電粒子が前記第2電極へ向かって移動することで、工程1250において前記粒子は前記反射面を暴露することができる。工程1250において前記反射面を暴露することによって、工程1210において受光される光は、前記反射面の特性に基づく特性によって反射されることが可能である。たとえば前記反射面が高反射性材料で作られている場合には、工程1210において受光される光は、大きく反射されると考えられる。別な例として、前記反射面に用いられる材料が特定の色−たとえば赤色−を有する場合には、工程1210において受光される光は、赤色光として反射されることが可能である。

図6に図示された工程の一部は、結合、修正、削除、又は適切に再構成されて良い。追加の工程が当該フローチャートに加えられても良い。たとえば一部の実施例では、当該光変調器は、前記反射光の所望の特性を示唆する電気信号に応答して、前記第1バイアスの印加と前記第2バイアスの印加とを切り換えて良い。

特別な実施例が詳細に記載されているとはいえ、様々な他の変化、置換、結合、及び変更が、特別な実施例の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく可能であることに留意して欲しい。たとえば特別な実施例では、本明細書に記載された変調器は、比較的柔軟性を有する光変調器デバイスを作製するように、比較的柔軟性を有する材料で形成されて良い。さらに実施例が光変調器内部に含まれる多数の素子を参照しながら説明されたとしても、これらの素子は、特定の変調の必要性を満たすように、結合、再構成、又は設置されて良い。様々な実施例は、これらの内部の部品のみならずこれらの素子の配置においても大きな自在性を有すると考えられる。さらに光変調器の素子に用いられる材料及び組成は動作の必要性に依存して変化して良い。

Claims (20)

1. 光が通過可能である光学的に透明な上側電極；
   下側電極；
   前記上側電極と前記下側電極との間の封止容積；
   前記封止容積内部の電気泳動流体；
   前記上側電極と前記下側電極に結合する電源であって、前記上側電極と前記下側電極との間にバイアスを印加するように動作可能で、かつ、第1バイアス状態と第2バイアス状態との間で切り換えるように動作可能な、電源；
   前記電気泳動流体内で懸濁する複数の電気泳動粒子であって、第1光学特性を有し、かつ前記の上側電極と下側電極との間に印加されたバイアスに応答する、複数の電気泳動粒子；及び、
   第2光学特性を有する少なくとも1つの反射面であって、
   前記第1バイアスが前記上側電極と前記下側電極との間に印加されるときには、前記複数の電気泳動粒子は、前記光から前記反射面を覆い隠し、かつ
   前記第2バイアスが前記上側電極と前記下側電極との間に印加されるときには、前記複数の電気泳動粒子は、前記光に前記反射面を暴露する、
   ように備えられる、少なくとも1つの反射面；
   を有する電気泳動光変調器。
2. 前記少なくとも1つの反射面が、光が通過可能な前記上側電極に対して実質的に平行である穴のあいた面を前記封止容積内部に有し、
   前記穴は、前記複数の電気泳動粒子の平均サイズに基づくサイズをとる、
   請求項1に記載の電気泳動光変調器。
3. 前記少なくとも1つの反射面が、複数の実質的に共面である反射面を有し、
   前記複数の実質的に共面である反射面の各々は前記下側電極と柱を介して結合する、
   請求項1に記載の電気泳動光変調器。
4. 前記電気泳動流体で満たされた複数のカプセルをさらに有する請求項1に記載の電気泳動光変調器であって、前記複数のカプセルの各々は前記複数の電気泳動粒子を小分けにした集合(subset)を有する、電気泳動光変調器。
5. 前記下側電極は電極グリッドを有し、
   前記電極グリッドは複数の交差電極を有し、
   前記複数の交差電極は前記上側電極に対して実質的に平行である、
   請求項1に記載の電気泳動光変調器。
6. 前記第1光学特性が光を吸収する特性を有し、かつ
   前記第2光学特性が光を反射する特性を有する、
   請求項1に記載の電気泳動光変調器。
7. 間に空間を有する一対の電極；
   前記一対の電極間の空間内部に存在する電気泳動流体；
   前記電気泳動流体内で懸濁して、各々が第1光学特性を有する、複数の荷電粒子；
   前記一対の電極と結合して、前記荷電粒子を前記一対の電極のうちの第1電極へ引きつける第1バイアスを生成し、かつ、前記荷電粒子を前記一対の電極のうちの第2電極へ引きつける第2バイアスを生成するように動作することが可能な、電源；及び、
   第2光学特性を有する少なくとも1つの反射面であって、
   前記電源が前記第1バイアスを生成するときには、前記反射面は覆い隠され、かつ
   前記電源が前記第1バイアスを生成するときには、前記反射面は暴露される、
   少なくとも1つの反射面；
   を有する電気泳動光変調器。
8. 前記少なくとも1つの反射面が、光が通過可能な前記上側電極に対して実質的に平行である穴のあいた面を前記封止容積内部に有し、
   前記穴は、前記複数の荷電粒子の平均サイズに基づくサイズをとる、
   請求項7に記載の電気泳動光変調器。
9. 前記少なくとも1つの反射面が、複数の実質的に共面である反射面を有し、
   前記複数の実質的に共面である反射面の各々は前記一対の電極のうちの一の電極と柱を介して結合する、
   請求項7に記載の電気泳動光変調器。
10. 前記電気泳動流体で満たされた複数のカプセルをさらに有する請求項7に記載の電気泳動光変調器であって、前記複数のカプセルの各々は前記複数の荷電粒子を小分けにした集合(subset)を有する、電気泳動光変調器。
11. 前記一対の電極のうちの一の電極は電極グリッドを有し、
    前記電極グリッドは複数の交差電極を有し、
    前記複数の交差電極は前記一対の電極のうちの他の電極に対して実質的に平行である、
    請求項7に記載の電気泳動光変調器。
12. 前記第1光学特性が光を吸収する特性を有し、かつ
    前記第2光学特性が光を反射する特性を有する、
    請求項7に記載の電気泳動光変調器。
13. 各々が第1光学特性を有する複数の同様に帯電した粒子；
    前記第1光学特性とは異なる第2光学特性を有する少なくとも1つの反射面；及び、
    電場を発生させる一対の電極であって、前記電場によって、前記複数の荷電粒子は、前記電場の極性に基づいて前記反射面を覆い隠すか又は暴露する、一対の電極；
    を有する電気泳動光変調器。
14. 前記少なくとも1つの反射面が、前記一対の電極間に設けられ、かつ前記一対の電極に対して実質的に平行である穴のあいた面を有し、
    前記穴は、前記複数の荷電粒子の平均サイズに基づくサイズをとる、
    請求項13に記載の電気泳動光変調器。
15. 前記少なくとも1つの反射面が、複数の実質的に共面である反射面を有し、
    前記複数の実質的に共面である反射面の各々は前記一対の電極のうちの一の電極と柱を介して結合する、
    請求項13に記載の電気泳動光変調器。
16. 前記電気泳動流体で満たされた複数のカプセルをさらに有する請求項13に記載の電気泳動光変調器であって、前記複数のカプセルの各々は前記複数の荷電粒子を小分けにした集合(subset)を有する、電気泳動光変調器。
17. 前記一対の電極のうちの一の電極は電極グリッドを有し、
    前記電極グリッドは複数の交差電極を有し、
    前記複数の交差電極は前記一対の電極のうちの他の電極に対して実質的に平行である、
    請求項13に記載の電気泳動光変調器。
18. 前記第1光学特性が光を吸収する特性を有し、かつ
    前記第2光学特性が光を反射する特性を有する、
    請求項13に記載の電気泳動光変調器。
19. 光の変調方法であって：
    光源からの光を受光する工程；
    2つの電極に第1バイアスを印加することによって、第1光学特性を有する複数の荷電電気泳動粒子を、前記2つの電極のうちの第1電極へ向かうように引きつける工程；
    前記荷電電気泳動粒子を前記第1電極へ向かうように引きつけることによって、前記の受光した光から、第2光学特性を有する反射面を覆い隠す工程；
    前記2つの電極に第2バイアスを印加することによって、前記複数の荷電電気泳動粒子を、前記2つの電極のうちの第2電極へ向かうように引きつける工程；及び、
    前記粒子を前記第2電極へ向かうように引きつけることによって、前記の受光した光に前記反射面を暴露する工程；
    を有する方法。
20. 前記第1バイアスの印加と前記第2バイアスの印加とを切り換える工程をさらに有する、請求項19に記載の方法。

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